Космический мусор загрязняет верхние слои атмосферы Земли

Научное исследование проводилось в феврале 2025 года: наземный лидар (лазерный локатор) зафиксировал плотный и чётко выраженный шлейф атомов лития, образовавшийся при разрушении второй ступени ракеты-носителя «Falcon 9» во время её неконтролируемого входа в атмосферу. Результаты анализа опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

По мере активного освоения околоземного пространства проблема космического мусора становится всё более актуальной. Отработанные ступени ракет могут создавать угрозу для авиации, падать на здания и людей. Увеличение числа выведенных из эксплуатации спутников повышает риск столкновений, внезапных разрушений аппаратов, засорения орбит опасными обломками и развития синдрома Кесслера.

Ещё одна серьёзная, но пока недостаточно изученная проблема, связана с изменением химического состава и свойств верхних слоёв атмосферы из-за учащающихся повторных входов в атмосферу и разрушении элементов ракет и спутников. Ожидается устойчивый рост поступления в стратосферу (слой атмосферы на высотах примерно 18 – 50 км) металлов антропогенного происхождения — алюминия, меди, ниобия, гафния, олова, лития и молибдена. В течение ближайших трёх десятилетий их приток может превысить поступление металлов из космической пыли и микрометеоритов, что способно повлиять на характеристики аэрозольных и ледяных слоёв. Кроме того, увеличение концентрации частиц оксида алюминия, связанное с формированием мегаскоплений спутников, потенциально угрожает озоновому слою. При этом, до настоящего времени прямых измерений воздействия сгорающего космического мусора на атмосферу не проводилось.

Робин Винг (Robin Wing) из Института атмосферной физики Ассоциации Лейбница вместе с коллегами представил результаты прямой оценки загрязнения верхних слоёв атмосферы, вызванного неконтролируемым входом в неё второй ступени «Falcon 9». Событие произошло ночью 19 февраля 2025 года на высоте около 100 километров над западным побережьем Ирландии. Ступень полностью разрушилась при сгорании, а отдельные фрагменты позже были обнаружены неподалёку от Познани в Польше.

В ходе работы учёные проанализировали концентрацию атомов лития в мезосфере (слое атмосферы Земли, расположенном на высотах в среднем от 50 до 90 км) во время сгорания ступени, используя наземный резонансный флуоресцентный лидар, установленный в Кюлунгсборне (Германия). Литий был выбран в качестве индикатора из-за его крайне низкого содержания в метеороидах, широкого применения в космической технике и удобства регистрации его малых концентраций при помощи лидара.

За шесть часов наблюдений исследователи зафиксировали резкое, десятикратное увеличение концентрации лития в мезосфере. Этот всплеск продолжался около сорока минут и соответствовал плотному, чётко очерченному шлейфу на высотах от 94,5 до 96,8 километра. Сопоставление наблюдений с моделированием и данными о динамике мезосферы позволило исключить природные источники лития и связать обнаруженный шлейф с траекторией входа второй ступени «Falcon 9».

Авторы подчёркивают, что зафиксированные лидаром значения следует рассматривать как минимальную оценку, поскольку часть атомов лития, образовавшихся при сгорании, на высотах ниже 95 километров переходила в молекулярную форму, а выше 100 километров — ионизировалась. Оценить влияние литиевого шлейфа на химические процессы в мезосфере пока затруднительно, однако результаты демонстрируют, что наземные локаторы могут эффективно использоваться для мониторинга последствий сгорания космического мусора и проверки атмосферных моделей.